【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 11 本裝置副產(chǎn)品為 PSA 解吸氣， PSA 解吸氣采用管道輸送至裝置界區(qū)外。其規(guī)格如下： (1) 溫度：≤ 40℃ (2) 壓力： (3) 流量： 550Nm3/h (4) 組成：見 表 22 表 22 PSA 解吸氣組成 組成 H2 O2 N2 CH4 CO CO2 CmHn 合計(jì) 含量V% 3. 工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案的選擇 概述 變壓吸附氣體分離技術(shù)（ Press Swing Adsorption 簡(jiǎn)稱 PSA）是八十年代由四川西南化工研究院開發(fā)成功，最初應(yīng)用于合成氨弛放氣中回收氫氣，后逐步發(fā)展到從水煤氣中提純氫氣，第一套水煤氣提純氫氣裝置建在太 化 TDI工程，當(dāng)時(shí)氫氣回收率只有 60% 左右。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展， PSA 變壓吸附氣體分離技術(shù)已經(jīng)非常成熟，廣泛應(yīng)用到石化、化工、空分、環(huán)保、食品等行業(yè)，可用于水煤氣制氫、焦?fàn)t氣制氫、 CO 提純、變換氣脫碳、空分制氮、制氧、天然氣提純等，四川天一科技股份有限公司是由西南化工研究院控股的上市公司， PSA 變壓吸附氣體分離技術(shù)先進(jìn)，成熟可靠，收率高，本工程擬采用該公司技術(shù)。 工藝方案 本裝置分為四個(gè)主要工藝過(guò)程：脫萘及壓縮、預(yù)處理，變壓吸附制氫，后處理等工序。 (1).脫萘及壓縮工序 原料焦?fàn)t煤氣進(jìn)入該工 序后，首先脫除其中大部分的焦油、萘、H2S、 NH HCN等雜質(zhì)，經(jīng)初加壓后再進(jìn)行精脫萘，最后升壓至≥ 后送至下一工序。 AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 12 (2). 預(yù)處理工序 升壓后的焦?fàn)t氣進(jìn)入本工序，進(jìn)一步脫除其中的烷烴、芳烴、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合變壓吸附原料要求的預(yù)凈化氣。 (3). 變壓吸附制氫工序 經(jīng)處理后的焦?fàn)t氣進(jìn)入 PSAH2工序，采用 623/P變壓吸附工藝、經(jīng)吸附（ A）、均壓降（ ED）、順放（ PP）、逆放（ D）、沖洗（ P）、均壓升（ ER）、終充（ FR）等七個(gè)步驟。從逆放、沖洗得到的解吸氣用作本裝 置的再生氣或吹掃氣。變壓吸附得到合格的半產(chǎn)品氫氣送入下一工序。 (4). 后處理工序 半產(chǎn)品氫氣中含有少量的氧氣，采用鈀催化劑脫氧，生成的水經(jīng)干燥脫除（露點(diǎn)≤ 40℃），得到合格的產(chǎn)品氫氣送出界區(qū)外。 工藝流程及及消耗定額 工藝流程 : AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 13 變壓吸附的基本原理是：利用吸附劑對(duì)氣體的吸附有選擇性，即不同氣體（吸附質(zhì)）在吸附劑上的吸附量有差異和一種特定的氣體在吸附劑上的吸附量隨 壓力變化而變化的特性，實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離和吸附劑的再生。變壓吸附提氫技術(shù)就是根據(jù)變壓吸附的的原理，在吸附劑選擇吸附的條件下，加壓吸附原料氣中的 CO、 CO CH4等雜質(zhì)組成，而氫氣等少量不易吸附的組分則通過(guò)吸附床層由吸附器頂部排出，從而實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離。通過(guò)降低吸附床的壓力使被吸附的 CO、CO CH4等組分脫附解吸，使吸附劑得到再生，同時(shí)達(dá)到提氫的目的。 吸附器內(nèi)的吸附劑對(duì)不同組份的吸附是定量的，當(dāng)吸附劑對(duì)有效組份的吸附達(dá)到一定量后，有效組份從吸附劑上能有效地解吸，使吸附劑能重復(fù)使用時(shí)，吸附分離工藝 才有實(shí)用意義。故每個(gè)吸附器在實(shí)際過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)吸附和再生階段。對(duì)每個(gè)吸附器而言，吸附過(guò)程是間歇的，必須采用多個(gè)吸附器循環(huán)操作，才能連續(xù)制取產(chǎn)品氣。 多床變壓吸附的意義在于：保證在任何時(shí)刻都有相同數(shù)量的吸附器處于吸附狀態(tài)，使產(chǎn)品能連續(xù)穩(wěn)定地輸出：保證適當(dāng)?shù)木鶋捍螖?shù)，使產(chǎn)品有較高的回收率。 本裝置變壓吸附提氫系統(tǒng)采用 623/P操作工藝，即設(shè) 6個(gè)吸附器，任何時(shí)刻均有 2個(gè)吸附器同時(shí)進(jìn)料（處于吸附狀態(tài)）， 3次均壓，順放沖洗再生工藝。六臺(tái)吸附器依次執(zhí)行吸附和再生操作，使原料氣連續(xù)不斷地輸入，產(chǎn)品氣連續(xù)不斷地輸出，整 個(gè)操作過(guò)程在環(huán)境溫度下進(jìn)行。每個(gè)吸附器經(jīng)過(guò)吸附（ A）、降壓平衡 1（ E1D）、降壓平衡 2（ E2D）、順放（ PP）、降壓平衡 3（ E3D）、逆放（ D）、沖洗（ P）、升壓平衡 3（ E3R）、升壓平衡 2（ E2R）、隔離（ IS）、升壓平衡 1（ E1R）、最終充壓（ FR）等步驟完成一個(gè)吸附周期。每個(gè)周期約 720秒。 變壓吸附各步驟的過(guò)程及作用如下： 1．吸附（ A） 原料氣從吸附床底部進(jìn)入吸附床，吸附量較小的弱吸附組成 H2通過(guò)吸附劑床層作為產(chǎn)品輸出，吸附量較大的強(qiáng)吸附組成（雜質(zhì)）則被吸附而留在床層。緊接著的步驟是均壓降。 2． 均壓降（ EiD）和均壓升（ RiR） 完成吸附步驟的吸附床需降壓，再生完成后的吸附床需升壓，需降壓的吸附床與需升壓的吸附床上部（出口端）連接。需降壓的吸附床向需升壓的吸附床充壓直至兩床壓力相等。該降壓步驟稱為均壓降、升壓步驟為均壓升。均壓的作用是回收降壓吸附床中的有用氣體，用AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 14 于升壓吸附床的充壓，提高有用氣體的回收率。均壓次數(shù)增加有利于氣體的回收。本裝置采用三次均壓流程。 3．順向放壓（ PP） 吸附器繼續(xù)從出口端降壓，降壓的氣體用于沖洗已逆向放壓到過(guò)程最低壓力的吸附器，順向放壓結(jié)束時(shí)，吸附前沿仍未達(dá)到出口端，此步驟的順向放壓氣體基本上是純的，利用這股氣體使另一吸附器的吸附劑進(jìn)一步再生。 4．沖洗（ P） 利用另一吸附器順向放壓的氣體在過(guò)程中最低壓力下自上而下對(duì)吸附床進(jìn)行沖洗以進(jìn)一步將雜質(zhì)分壓，清除殘留于床內(nèi)的雜質(zhì)。 5．逆放（ D） 完成最后一次均壓降的吸附床，從吸附床下端（與進(jìn)料方向相反）向外排氣泄壓，該步驟稱為逆放。逆放作用是降低吸附床壓力，使被吸附組分解吸。 6．最終充壓（ FR） 完成最后一次均壓升的吸附床，用凈化氣從吸附器上部（產(chǎn)品出口端）對(duì)其進(jìn)行充壓，使床層壓力達(dá)到吸附壓力。終充的作用是將床層壓力升高到吸附 壓力，并使吸附前沿下移。緊接著的步驟是吸附。 本 PSAH2裝置的工藝流程見附圖于后。 原料焦?fàn)t煤氣在壓力 3KPa、溫度≤ 40℃的條件下進(jìn)入本裝置，首先進(jìn)入脫油脫萘器（ T101AB）脫除焦?fàn)t煤氣的焦油、萘、硫化氫、 NHHCN等雜質(zhì)，得到雜質(zhì)較少的凈化氣。當(dāng)其中一臺(tái)脫油脫萘器吸附飽和后，立即將焦?fàn)t氣切換到另一臺(tái)脫油脫萘器進(jìn)行凈化，而吸附飽和的脫油脫萘器則用過(guò)過(guò)熱水蒸汽（～ 400℃）進(jìn)行再生，從而達(dá)到反復(fù)循環(huán)吸附和再生的使用目的。再生廢水進(jìn)工廠裝置定期處理。再生結(jié)束時(shí)用一定量的 解吸氣對(duì)脫油脫萘器進(jìn)行冷吹降溫，冷吹氣經(jīng)冷卻器降溫后返回解吸氣系統(tǒng)。 雜質(zhì)較少的凈化氣進(jìn)壓縮機(jī)一級(jí)增壓到 ，進(jìn)入二臺(tái)可串并聯(lián)的精脫萘器（ T102AB），更進(jìn)一步脫除焦?fàn)t煤氣中的萘、硫化物等，精脫萘器的工作原理及再生過(guò)程等均與脫油脫萘器相近。經(jīng)進(jìn)一步脫萘脫硫的焦?fàn)t煤氣返回壓縮機(jī)增壓到 后，進(jìn)入二臺(tái)除油器（ T201AB）脫除壓縮機(jī)油等雜質(zhì)。同樣，二臺(tái)除油器可串并聯(lián)使用，除油劑吸附飽和后即更換。除油后的焦?fàn)t煤氣送入二臺(tái)預(yù)處理器（ T202AB），脫除焦?fàn)t煤氣中殘存的雜質(zhì)。二臺(tái)預(yù)處理器通過(guò)程序控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)交替使用。再生時(shí)，用來(lái)自 PSA 工序的解吸氣經(jīng)加熱器加熱AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 15 到～ 150℃對(duì)預(yù)處理器進(jìn)行再生，再生常溫解吸氣冷吹降溫，冷吹氣和再生解吸氣經(jīng)冷卻器降溫后返回解吸氣系統(tǒng)。經(jīng)預(yù)處理的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入 PSAH2系統(tǒng)，獲的氫氣純度≥ %（氧氣含量為 %）的半產(chǎn)品氣。產(chǎn)生的解析氣作為預(yù)處理的再生氣和冷吹氣。本 PSAH2裝置主程序采用 623/P 工藝，其特點(diǎn)是任何時(shí)候總有二個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)，進(jìn)行三次均壓，順放沖洗和再生。每個(gè)塔均要依次經(jīng)歷吸附、一均降、二均降、順放、三均降、逆放、沖洗、三均升、二均升、一 均升、最終充壓等十一個(gè)步驟。 半產(chǎn)品氣中由于含有 %的氧，需進(jìn)入后處理工序脫除。將半產(chǎn)品氣加熱到 50～ 100℃后，送入脫氧器（ R402），氧氣與氫氣在脫氧器中（在催化劑的作用下）反應(yīng)生成水，然后再經(jīng)干燥器（ T401AB）脫除水（露點(diǎn)≤ 40℃），得到合格的產(chǎn)品氫氣經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后送出界區(qū)，不合格的產(chǎn)品經(jīng)程序控制閥返回到壓縮前的原料氣中。 本裝置原輔材料及公用工程消耗情況見表 31： 表中 PSA解吸氣為本裝置副產(chǎn)物，送出界外再利用。 表 31 消耗定額和消耗量表 （消耗以生產(chǎn) 550Nm3/h 產(chǎn)品計(jì)） 序號(hào) 名稱 規(guī)格 單位 消耗量 備注 每小時(shí) 每年 1 原料氣 見表 43 Nm3 1100 106 2 CAN229 見表 43 kg 5300 15 年更換 3 CAN324 見表 43 kg 27123 15 年更換 4 CAN421 見表 43 kg 1520 15 年更換 5 CAN193 見表 43 kg 16973 15 年更換 6 CAN110 見表 43 kg 4200 1 年更換 7 CAN228 見表 43 kg 16973 1 年更換 8 CAN421 見表 43 kg 16973 2 年更換 9 CAN324 見表 43 kg 16973 2 年更換 10 CAN561 見表 43 kg 16973 2 年更換 11 EAC4 見表 43 kg 9000 1 年更換 AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 16 12 冷卻水 ≤ 32℃ t 105 循環(huán)水 13 儀表空氣 常溫 Nm3 60 105 14 壓縮空氣 常溫 Nm3 400 吹掃用 15 置換氮?dú)? 常溫 Nm3 400 置換用 16 低壓蒸汽 飽和溫度 t 13600 伴熱用 17 電 380V/220V Kwh 264 106 照明以 4000h/a計(jì) 18 一次水 t 2 16000 生活及補(bǔ)充循環(huán)水用 自控技術(shù)方案 根據(jù)工藝專業(yè)要求及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的防爆的特殊性，以及該裝置 閥門多、動(dòng)作頻繁的特點(diǎn)，并結(jié)合目前自控儀表的發(fā)展，所配自動(dòng)化水平比較高。本設(shè)計(jì)采用西門子 S7300 控制系統(tǒng)并取消盤裝儀表的方案，重要參數(shù)均可在操作室內(nèi) CRT 上進(jìn)行監(jiān)視和操作。以及在打印機(jī)上實(shí)現(xiàn)報(bào)表打?。ò鄨?bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)或隨機(jī)打?。?。在 PLC 上實(shí)現(xiàn)順序控制，常規(guī) PID控制，聯(lián)瑣控制和自診、自適應(yīng)優(yōu)化控制。 1. 報(bào)警 本裝置內(nèi)重要工藝參數(shù)、可燃?xì)怏w的越限，以及程控閥的故障等，均在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)現(xiàn)聲光自動(dòng)報(bào)警和信息提示。 2. 系統(tǒng)可靠性 程控閥的控制線路設(shè)計(jì)為停電時(shí)該閥門自動(dòng)處于正常 關(guān)閉狀態(tài)；對(duì)程控閥的開閉實(shí)現(xiàn)閥位開關(guān)（關(guān)到位）檢測(cè)及故障報(bào)警；對(duì)重要參數(shù)的越限報(bào)警及閥門故障時(shí)實(shí)現(xiàn)多塔自動(dòng)切換并能在線處理；儀表用電采用 UPS 不間斷電源供電（ UPS 電源沿用廠方原有的 UPS 電源）；對(duì) PLC I/O 卡件的配置考慮有少量的在線備用余量； 閥門區(qū)及動(dòng)力設(shè)備廠房設(shè)置了可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警； AAA 化工股份有限公司 30 萬(wàn)噸 /年苯加氫二期工程 MMd 化工設(shè)計(jì)有限公司 電話： 03516077429 17 3. 現(xiàn)場(chǎng)電纜敷設(shè)時(shí)，考慮了本安信號(hào)電纜和隔爆信號(hào)電纜分槽走線； 4. 設(shè)計(jì)中分別考慮了信號(hào)及儀表設(shè)備的接地措施； 5. 對(duì)裝置中的動(dòng)力設(shè)備，考慮了在控制室計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn) /停監(jiān)視，停車報(bào)警聯(lián)鎖以及控制室內(nèi)遠(yuǎn)程緊急停車 操作； 6. 對(duì)程控閥門故障設(shè)有專家自診斷系統(tǒng)； 7. 對(duì)關(guān)鍵控制回路考慮了自適應(yīng)優(yōu)化控制。 環(huán)境特征 1. 本裝置界區(qū)為 2區(qū)防爆場(chǎng)所，因此儀表選型考慮了防爆等措施。 2. 由于 H2為易燃